28.05.2021 (Doc Storage)
3.4 von 5, (8 Bewertungen)

Hardware- vs. Software-RAID: Was sind die Unterschiede?

  • Inhalt dieses Artikels
  • Vorteile eines Hardware-RAID
  • Nachteile eines Hardware-RAID
  • Vorteile eines Software-RAID
  • Nachteile eines Software-RAID
  • Hardware-RAID oder Software-RAID: was ist besser?

Leserfrage: In einer der letzten Storage-Veranstaltungen ging es darum, dass es keinen Sinn mehr mache auf Hardware-RAID zu setzen. Gehört dem Software-RAID wirklich die Zukunft? Welches sind die jeweiligen Vor- und Nachteile und auf was kommt es an?

Antwort Doc Storage:

Fassen wir zuerst die Basics zusammen: RAID steht für Redundant Array of Inexpensive Disks, eine Anordnung von Festplatten, in der mehrere unabhängige Laufwerke in einem Array zusammengefasst und verwaltet werden. Hiermit lassen sich Leistung, Kapazität und vor allem Zuverlässigkeit im Vergleich zur Nutzung einzelner HDDs verbessern. Eine RAID-Gruppe kann entweder an einer dafür vorgesehenen Hardware (Controller) oder mit einem Treiber im jeweiligen Betriebssystem betrieben werden. Natürlich haben beide Arten der Implementierung ihre Vor- und Nachteile.

Vorteile eines Hardware-RAID

Ein Hardware-RAID benötigt ein auf diese eine Betriebsart spezialisierte dedizierte Steckkarte, welche mit einer eigenen Kombination aus Hard- und Software eine oder mehrere RAID-Gruppen unabhängig vom eigentlichen Betriebssystems des Rechners erstellen, verwalten und betreibt. Dieser Controller entzieht den an ihn angeschlossenen Festplatten keine Leistung, wodurch mehr Speicherplatz und Geschwindigkeit zum Lesen und Schreiben von Daten zur Verfügung stehen. Eine solche Steckkarte funktioniert mit jedem Betriebssystem, sofern ein entsprechender Treiber zum Datenaustausch zwischen Steckkarte und Hauptrechner zur Verfügung steht. In einem Hardware-RAID ist das Ersetzen einer ausgefallenen Festplatte relativ einfach, durch das Ziehen der beschädigten und das Einschieben einer neuen. Der Controller übernimmt das Einfügen des neuen Laufwerkes in die RAID-Gruppe und die eventuell notwendige Neuverteilung der Daten.

Nachteile eines Hardware-RAID

Durch die zusätzliche Hardware sind die Kosten für gewöhnlich höher als für ein Software-RAID. Sollte der Controller ausfallen, muss ein anderer Controller gleichen Typs oder mindestens ein kompatibler bereitstehen, damit sich die Daten aus der RAID-Gruppe wieder auslesen lassen.

Vorteile eines Software-RAID

Im Gegensatz zu Hardware-RAID verwendet Software-RAID die Leistung des Rechners, in welchem die Laufwerke installiert sind. Die Kosten sind in den meisten Fällen geringer, da keine zusätzliche Hardware angeschafft werden muss. Konfigurationen der RAID-Gruppe(n) können ohne Rücksicht auf die meist statischen Fähigkeiten eines Controllers erfolgen.

Nachteile eines Software-RAID

Software-RAID ist meist nicht so leistungsfähig wie Hardware-RAID, da es sich die Rechen- und Transferleistung sowie eventuell benötigten Speicher mit allen anderen im Rechner verbauten ICs und Geräten teilen muss. Damit sind die Lese- und Schreibgeschwindigkeiten der RAID-Gruppe(n) verlangsamt, aber auch alle anderen Vorgänge auf demselben Rechner. Software-RAID ist meist nur für eine spezielle Betriebssystemfamilie verfügbar und lässt sich daher kaum bis gar nicht für Laufwerke oder Partitionen verwenden, die von verschiedenen Betriebssystemen genutzt werden sollen. Auch das Ersetzen einer beschädigten Festplatte ist hier nicht so einfach. Zunächst muss dem System per Befehl die Nutzung eines Laufwerkes untersagt werden, erst dann kann dieses durch ein neues Drive ersetzt werden.

Hardware-RAID oder Software-RAID: was ist besser?

Die Wahl zwischen Software-RAID und Hardware-RAID hängt – wie immer in der EDV – davon ab, was man mit dem System erreichen will. Auch die Kosten für die Lösung spielt eine Rolle.

Mit begrenztem Budget und vor allem bei der Nutzung von RAID 1 wird es kaum einen monetären Unterschied zwischen beiden Lösungen geben. Falls jedoch RAID 5 oder gar RAID 6 geplant ist, welche für Hochleistung auch sehr gute Rechenleistung benötigen, sollten die Entscheidung für Hardware-RAID fallen. Durch Software-RAID können die Errechnung und Verteilung von Prüfsummen, noch schlimmer aber die Wiederherstellung von Daten auf einer ersetzten Platte die Gesamtleistung eines Systems deutlich negativ beeinflussen. Hinzukommt, dass vor allem RAID-Gruppen mit Striping (RAID 10, 50, 60) kaum von Software-RAID-Lösungen unterstützt werden. Hierfür ist dann ebenfalls ein spezialisierter Controller erforderlich.

In der Gesamtbetrachtung kostet Hardware-RAID in fast allen Fällen mehr als Software-RAID, bietet jedoch wesentlich bessere Leistung und befreit von den Einschränkungen von Software-RAID, vor allem bei Striping-Gruppen. Hierdurch gewinnt der Anwender mehr Flexibilität bei der Konfiguration. Wenn das Budget es also zulässt, ist Hardware-RAID immer noch der richtige Weg.

Gruß
Doc Storage

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Kommentare (3)
31.05.2021 - Hesma

Lieber Doc,
auch wenn ein Vorkommentator richtigerweise auf ZFS hingewiesen hat, wäre es doch wichtig, hier die Ergänzung anzubringen, dass zwischen "groß" und "klein" unterschieden werden sollte. Gerade bei kleineren Systemen, vieleicht bis 8-12 HDDs, liegen seitens der Performance die Vorteile auf seiten des HW-RAID. Besonders bei "Befeuerung" von einem LTO-Streamer kann hier unserer Erfahrung nach SW-RAID oder auch ZFS den kontinuierlichen Datenstrom von 300MB/s+ nicht liefern. Diese Performance ist natürlich auch dann positiv, wenn 10GbE+ mit ein oder zwei NICs eingesetzt werden. Ebenso sehen wir es aus der Praxis bei HW-RAID als sehr positiv, die hier RAID-Controller in den Bereichen Error-Handling und Cache-Pufferung bei RAID-5/6 besser abschneiden.

Hier noch einmal angemerkt, dass bei größeren Installationen, insbeondere über mehrere Shelves die Vorteile bei ZFS nicht von der Hand zu weisen sind. Jedoch sollten wir eben die vielen kleineren Installation in der Betrachtung nicht vergessen. Insofern, Doc, haben sie recht: Der Einsatz ist sehr abhängig von der Anwendung und dem Budget.

Mit speicherfreundlichen Grüßen
Albrecht

28.05.2021 - LHL

hm, ich dachte bislang, unabhängige Disks sind Independent Disks - inexpensive ist aber auch nicht schlecht ;) Es gibt dabei aber noch weitere Faktoren. Hersteller wie VMware und Microsoft schreiben den direkten Zugriff auf die Festplatten vor (also ohne Raid-Controller) für vSAN und Storage Nodes. In beiden Fällen ist die StorageArchitektur sogar dafür gedacht, mehrere Betriebssysteme zu bedienen. Was die leistungsfähigkeit der Raidcontroller betrifft wurde mir mal gesagt, dass sich in der Hardware bei den Chips seit Jahren kaum was getan hat. Der Vorteil, den Raid-Controller definitiv früher mal hatten, die CPU von der Verwaltung der Festplatten zu entlasten, gibt es heute kaum noch. Aber wie gesagt, das habe ich lediglich gehört - wäre aber schon mal interessant, wie das ein Server-Hardwarehersteller sieht. Mich würde echt mal interessieren, ob man mit den heutigen PCI-Bus-Infrastukturen auf den Serverplatinen tatsächlich noch einen Performance Unterschied hat.

28.05.2021 - jan

Hallo Doc,
"bietet jedoch wesentlich bessere Leistung und befreit von den Einschränkungen von Software-RAID, vor allem bei Striping-Gruppen"
Echt jetzt? Jeder, der vor einer Solaris oder BSD Büchse mit ZFS sitzt kriegt spätestens hier Tränen in die Augen - vor Lachen!
Wer einmal ein korruptes Hardware Raid mit Hilfe des Herstellers (Vorgänger von HAL) versucht hat wieder herzustellen und um die Vorzüge von ZFS oder lvm2 / md weiß - wird nie wieder Big HW Seller o.ä. seine Daten anvertrauen.
Bei ZFS und lvm2 ist es sogar egal in welchem HW-Slot welche Platte aus dem Plex landet, das kann das FS alleine lösen - bei proprietären Lösungen kann die (nicht mehr) Verfügbarkeit eines bestimmten Plattentyps mit einer bestimmten Firmware das aus für alle Daten bedeuten...
Bei Software-Raid kann man m.E. immer im laufenden Betrieb vergrößern (durch größere Platten) - ohne großes Risiko.
Die CPUs heute sind so schnell, dass ein bis zwei Kerne, die sich um das bisschen RAID kümmern - i.d.R. nicht auffallen (Probleme macht eher "gelbe Pest" Schlangenöl Software, das 70% IO Performance für einfach für sich selbst allokiert ...).
Hardware RAID hat in bestimmten, hoch kritischen Anwendungen, vielleicht noch seine Berechtigung - aber mit Ersatzcontoller und einem Satz Ersatzplatten im Schrank - alles andere - sind (häufig sehr hohle) Versprechungen der Hardware Raid Hersteller...

Gruß

Jan


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